新研發的可穿戴系統可以幫助病人在中風後恢復運動和行動能力
蘇黎世聯邦理工學院的工程師們開發了一種可穿戴系統,可以幫助病人在中風後恢復運動和行動能力。該系統由一個運動感應手錶和一個耳機組成,它可以電擊神經以幫助重新連接神經迴路。
中風後,血流中斷導致大腦中的神經元死亡,這降低了一個人的活動能力。根據受影響的大腦區域,他們可能在移動四肢、走路、說話或抓握物品等動作方面遇到困難。
雖然許多治療方法側重於最大限度地減少或逆轉對神經元的損害,但其他治療方法則利用了大腦令人難以置信的可塑性–本質上,它可以很好地重新連接自己,形成新的連接。這有可能繞過受損區域,恢復一些運動功能。一些技術使用藥物來實現這一目標,而越來越多的工作集中在迷走神經刺激(VNS)上。
這種技術涉及使用低脈衝電流來刺激副交感神經系統的主要神經,該系統控制無意識的身體功能,如心率和消化。VNS已被測試用於治療各種疾病,如癲癇、抑鬱症、慢性消化不良、類風濕性關節炎,甚至衰老本身。
患者通常在全麻下接受手術,植入一個刺激模糊神經的小裝置,但這當然是相當具有侵入性的。蘇黎世聯邦理工學院的新系統被稱為”智能VNS”,它被設計成一個可拆卸的、可穿戴的設備,由一個頭戴和一個運動跟踪手錶組成,使用起來更加簡單。
該系統的共同開發者Paulius Viskaitis說:”我們的耳機發出微妙的電脈衝來激活外耳的神經,從而消除了手術的需要。”
研究員Dane Donegan展示了智能VNS系統的操作蘇黎世大學/Donegan和Viskaitis。
同時,這款手錶使用慣性測量單元(IMU)跟踪四肢的運動,就像智能手機裡的傳感器一樣,當它感覺到運動時,它指示聽筒對神經進行電擊。這個想法是利用強化學習來訓練大腦找到新的方式來完成中風損傷所中斷的運動。因此,用戶將手錶戴在受影響的肢體上,當他們成功地移動它時,產生的電脈衝將加強使該運動成為可能的神經迴路。
隨著時間的推移,大腦更擅長這些動作,幫助患者更快、更有效地恢復更多的運動功能。更妙的是,這種治療可以由病人自己完成,而不需要醫療監督,這與其他刺激性植入物不同。智能VNS系統還可以在智能手機上保存患者的進展數據,因此物理治療師可以遠程監測其細節。
該團隊計劃在啟動臨床試驗之前對健康受試者進行更多測試。